Numune alma sırasında zeminin fiziksel özelliklerini belirlemeye yönelik penetrometre tasarımı

T.C.

SAKARYA ÜN VERS TES

FEN B L MLER ENST TÜSÜ

NUMUNE ALMA SIRASINDA ZEM N N F Z KSEL ÖZELL KLER N BEL RLEMEYE YÖNEL K

PENETROMETRE TASARIMI

DOKTORA TEZ

n . Yük. Müh. Osman KARA

Enstitü Anabilim Dal• : N AAT MÜHEND SL Enstitü Bilim Dal• : GEOTEKN K

Tez Dan• man• : Prof. Dr. Zeki GÜNDÜZ

Ocak 2012

ii

Zemin inceleme çal• malar•nda numune al•nmas• ve arazi deneylerinin (SPT, CPT v.b.) yap•lmas• Türkiye’de oldu u gibi Dünyan•n birçok bölgesinde yönetmeliklerin zorunlu k•ld• • i lemlerdir. Numune al•nmas•, tasar•mlarda güvenle kullan•labilecek zemin parametreleri sa layan laboratuvar deneylerinin yap•lmas• için gerekli olmakta ve/veya yönetmelikler, artnameler veya mü teriler (tasar•mc•lar) taraf•ndan zorunlu tutulmaktad•r. Numune örselenmeleri nedeniyle laboratuvar deneylerinin yap•lmas•n•n anlams•z ya da imkâns•z olaca • durumlarda zemin parametrelerinin verilere dayal•

belirlenmesini sa layabilecek yerinde (arazi) deneylerinin yap•lmas•, yönetmeliklerin düzenledi i veya artlar•n gerektirdi i zorunluluk olman•n yan•nda ekonomik ve pratik olmas• nedeniyle tercih edilen yöntemler olabilmektedir.

Günümüzde, penetrasyon deneylerinin yayg•nla mas•, uygulama maliyetlerinin dü mesi, uygulaman•n giderek kolayla mas•, arazi çal• mas• sürelerinin azalmas•, giderek daha kaliteli ve güvenilir verilerin elde edilmesi ve bütün bu geli melere ba l•

olarak mü teri memnuniyetinin artt•r•labilmesi gibi konularda gerçekle en çok olumlu geli meler yap•lan ara t•rmalar•n penetrometrelere yönelmesini sa lam• t•r.

Bu çal• mada, Türkiye’nin uygulama ve yönetmelik artlar• da dikkate al•narak, deney s•ras•nda numune alabilen ve zeminin özelliklerini belirlemeye yarayacak verileri sa layabilen yeni bir penetrometre tasarlanm• t•r.

Çal• mada, tasarlanan penetrometrenin kumlarda baz• fiziksel parametreleri ba ar•yla ölçtü ü bir dizi deneylerle gösterilmi tir. Deneylerde penetrometre uç direnci ve geni letme direncinin, kumlar•n s•k•l• •ndan (Dr) ve bo luk oran•ndan (e) etkilendi i gösterilmi tir. Parametreler aras• ili kinin anlaml• ve literatürde yer alan verilerle uyumlu oldu u görülmü tür.

iii

Öncelikle, yo un geçen doktora çal• malar•mdan dolay• yeterli zaman ay•ramad• •m ve bana sab•rla destek olan e ime, o lum Mehmet Ali Berr ve k•z•m Betül Rana Nur’a te ekkür ederim. Ayr•ca tüm hayat•m• borçlu oldu um annem ve babama minnetlerimi arz ederim. Bana manevi desteklerini esirgemeyen karde lerim ve dostlar•ma te ekkür ederim.

Bilgi ve tecrübeleriyle doktora çal• malar•mda önemli katk•lar• bulunan, Tez Dan• man•m Prof. Dr. Zeki GÜNDÜZ, Tez zleme Jüri Üyeleri Prof. Dr. Hasan ARMAN, Prof. Dr. U ur EN ve di er tüm hocalar•ma te ekkür ederim.

Farkl• disiplinleri ilgilendirdi inden dolay• uzun süren ve çok say•da kurum ve kurulu tan destek ald• •m tez çal• malar•mda bana bilgi, emek, fiziki imkan, alet ve manevi deste i bulunan, Sakarya Üniversitesi personellerine, ba ta Jeoloji Mühendisi Yavuz Selim UZUNLAR ve Metalurji Mühendisi Halil ÖZDEM R olmak üzere Kahramanmara , Sakarya ve Kayseri Bay•nd•rl•k ve skan Müdürlükleri personellerine, ba ta Ö retim Görevlisi Dr. Cemal ACAR olmak üzere eme i geçen Kayseri Meslek Yüksek Okulu personellerine, Karayollar• 6. Bölge Müdürlü ü personellerine, DS 12. Bölge Müdürlü ü personellerine, Bayraktar ve SU-MA Zemin Etüt irketlerinin sahipleri ve personellerine te ekkür ederim.

Bu tezi haz•rlarken bana do rudan ya da dolayl• olarak, maddi ya da manevi destek veren ve kaynak olarak eserlerinden faydaland• •m herkese te ekkürü borç bilirim.

iv

ÖNSÖZ……… ii

TE EKKÜR………. iii

Ç NDEK LER……….... iv

S MGELER ve KISALTMALAR L STES ……….... viii

EK LLER L STES ………... xi

TABLOLAR L STES ………. xvii

ÖZET………... xix

ABSTRACT………. xx

BÖLÜM 1. G R ………... 1

1.1. Ara t•rman•n Amac•……….. 3

1.2. Zemin Ara t•rmalar•n•n Önemi ve Yöntemleri………... 8

1.2.1. Ara t•rma Çukurlar•……….……… 14

1.2.2. Sondajlar……….. 15

1.3. Numune Alma………... 16

1.3.1. Zemin örselenmesi……….……….. 19

1.3.2. Numune örselenmesinin etkileri……….. 33

1.4. Laboratuvar Deneyleri……….. 35

BÖLÜM 2. ARAZ DENEYLER ……….. 37

2.1. Penetrometreler………. 40

2.1.1. Penetrometrenin geçmi i……….. 41

2.1.2. Penetrometrelerde yeni geli meler………... 64

2.2. Günümüzde Yayg•n Kullan•lan Penetrometreler……….………. 83

v

2.2.2. Konik penetrasyon deneyi (CPT) ………... 96

2.2.3. Presiyometre (bas•nçmetre) deneyi (PMT)..……….... 109

2.2.3.1. Kuyu presiyometreleri (MPT) ……… 111

2.2.3.2. Kendinden delgili presiyometre (SBP) ………….……….. 112

2.2.3.3. Yerde i tirme presiyometreleri………... 113

2.2.4. Dilatometre deneyi (DMT) ………. 114

BÖLÜM 3. PENETROMETREN N MAL ………... 117

3.1. Paslanmaz Çelik………. 118

3.1.1. Paslanmaz çeliklerin üstünlükleri……… 119

3.1.2. Paslanmaz çelik türleri………. 120

3.1.2.1. Ferritik paslanmaz çelikler………... 121

3.1.2.2. Martenzitik paslanmaz çelikler……… 122

3.1.2.3. Östenitik paslanmaz çelikler……… 123

3.1.2.4. Östenitik-ferritik (dubleks) paslanmaz çelikler………... 125

3.1.2.5. Çökelme sertle mesi uygulanabilir paslanmaz çelikler………... 125

3.1.3. Paslanmaz çeliklerle imalat………. 125

3.1.4. Kullan•lan çelik s•n•f• ve özellikleri……….……… 128

3.1.5. 304 (1.4031) çeli inin özellikleri………. 133

3.1.6. Kullan•lan çelik profiller……….. 137

3.2. Strain Gauge (Gerinim Pulu) ………... 138

3.2.1. Strain gauge uygulamada kullan•lam alet ve malzemeler………... 143

3.2.2. Ba lant• terminalleri……….... 143

3.2.3. Ba lant• kablolar•………. 143

3.3. Veri Toplama Sistemi………... 144

3.3.1. TESTBOX1001 veri toplama sistemi………... 144

3.3.1.1. TESTBOX1001 veri toplama sistemi teknik özellikleri……….. 145

3.3.1.2. TESTBOX1001 veri toplama sisteminin bölümleri………….... 147

3.3.2. TESTBOX-BRIDGE ayg•t geçidi………... 150

vi

3.5. Penetrometrenin Tasar•m•………..………... 153

3.5.1. Tasar•m•n teorik alt yap•s•………... 154

3.5.2. Zemin-metal aras•ndaki etkile im……….………... 155

3.5.3. Penetrometrenin tasar•m a amalar•……….. 158

3.6. Penetrometrenin Ölçüm Düzeneklerinin Olu turulmas•………….………….. 167

3.6.1. Ön haz•rl•k……….. 167

3.6.2. Strain gaugeleri yap• t•rma………. 168

3.6.3. Strain gauge kontrolleri……….. 170

3.6.4. Kablo ba lant•lar• ve köprü tamamlama………. 172

3.7. TESTBOX1001Veri Toplama Sistemi Kurulumu……… 173

3.7.1. Analog dijital çevirim özellikleri……… 173

3.7.2. Veri toplama sisteminin kurulmas•………. 175

3.7.3. TestLAB Basic pro ram•n•n kurulmas• ve çal• t•r•lmas•………... 176

3.8. Kalibrasyonlar………... 176

3.9. Montaj………... 180

3.10. Deney Düzenleme………... 180

BÖLÜM 4. PENETROMETRE TEST ORTAMI………... 182

4.1. Sondaj Ekipman•………..………. 182

4.2. Yükleme Çerçevesi………..………. 183

4.3. Model Zemin Ortam• Haz•rlamada Kullan•lan Malzemeler………. 185

4.4.Model Ortamlarda Kullan•lan Zemin Malzemesi Özellikleri……….... 186

4.4.1. Birim hacim a •rl•klar ve bo luk oranlar•……….... 186

4.4.2. Elek analizi ve zemin s•n•f•……….. 187

4.4.3. Kesme kutusu deneyi………... 190

4.5. Model Zemin Ortam•n•n Haz•rlanmas•………. 192

4.5.1. Haz•rlanan model zemin ortam•n•n özellikleri………... 198

4.6. Deney ve Veri Kayd•……… 198

vii

5.1. Deney Sonuçlar•……….... 203

5.1.1. Direnç ve gerilme de erleri……… 203

5.2. Deney Sonuçlar•n•n De erlendirilmesi………. 205

5.2.1. Uç direnci de erleri ile zemin özellikleri ili kileri………. 205

5.2.1.1. Uç direnci – s•k•l•k ili kisi……….. 205

5.2.1.2. Uç direnci - bo luk oran• ili kisi………. 208

5.2.2. Geni letme direnci de erleri ile zemin özellikleri ili kileri………. 211

5.2.2.1. Geni letme direnci – s•k•l•k ili kisi……….. 211

5.2.2.2. Geni letme direnci - bo luk oran• ili kisi………. 214

5.2.3. Çevre bas•nc• ve sürtünme gerilmesi de erleri-zemin özellikleri ili kileri……… 216

BÖLÜM 6. SONUÇ ve ÖNER LER……….. 223

KAYNAKLAR……… 226

EKLER………. 240

ÖZGEÇM ………. 451

viii A : Numune kesit alan•

Ao : Ba lang•ç numune kesit alan•

c : Kohezyon

ASCE : Amerikan n aat Mühendisleri Derne i ASTM : Amerikan Standard•

BS : ngiliz Standard•

CPT : Konik Penetrasyon Deneyi c_u : Drenajs•z kohezyon

c_v : Yatay konsolidasyon katsay•s•

e : Bo luk oran•

D : Kuyu çap•, numune çap•

D10 : Danelerin %10 unun geçti i dane çap•

D30 : Danelerin %30 unun geçti i dane çap•

D50 : Danelerin %50 sinin geçti i dane çap• (ortalama dane çap•) D60 : Danelerin %60 •n•n geçti i dane çap•

Dr : Göreli (rölatif) s•k•l•k

Di : Numune al•c•n•n kesici kenar•n•n iç çap•

De : Numune al•c•n•n kesici kenar•n•n d• çap•, DMT : Dilatometre deneyi

Ds : Numune al•c•n•n iç çap•

E : Elastisite modülü

e : Bo luk oran•

F : Kuvvet

f_s : Çevre sürtünmesi kuvveti

ISSMFE : Uluslararas• Zemin Mekani i ve Temel Mühendisli i Derne i w_L : Likit limit

ix qc : Uç direnci

K : Gauge faktörü

Kd : Dü ey bas•nç indisiyle

K0 : Sukunetteki zemin bas•nc• katsay•s•

L : Boy

L : Boy uzamas•

mv : S•k• abilirlik katsay•s•

N : Normal kuvvet

N (SPT-N) : SPT vuru say•s•

Narazi : Arazide ölçülen SPT vuru say•s•

N60 : Tokmak enerjisinin %60’•na göre düzeltilmi SPT vuru say•s•

N1,60 : Efektif dü ey bas•nca göre düzeltilmi SPT vuru say•s•

PMT : Presiyometre (bas•nçmetre) deneyi R : Elektriksel direnç

R : Elektriksel direnç de i imi

R_f : Çevre sürtünmesinin uç direncine oran• (q_f/q_c) R² : Korelasyon katsay•s•

S : Kesit alan•

SPT : Standart Penetrasyon Deneyi

t : Zeminin ya • (çökelmeden sonra geçen zaman) (y•l)

T : Kesme kuvveti

TS : Türk Standard•

T_max : En büyük kesme kuvveti UV : Ultraviyole

V_i : Uyarma gerilimi V_ö : Ölçülen gerilim q_c : Uç direnci

qf : Çevre sürtünmesi qu : Serbest basma dayan•m•

z : Kuyu yüzeyinden derinlik

x

v : Dü ey gerilme

h : Yatay gerilme

v : Standart dü ey bas•nç : Kayma gerilmesi

max : En büyük kayma gerilmesi

n : Normal gerilme

Ø : Kayma direnci aç•s•

: Birim boy k•salmas•

xi

ekil 1.1. Zemin ara t•rmalar• kapsam• ile maliyet art• ili kisi………... 9

ekil 1.2. Zemin ve numune alma için gerilme izleri………... 21

ekil 1.3. Bir sondaj kuyusu taban• alt•ndaki zeminde gerilme de i imleri……. 22

ekil 1.4. Numune alma tüpünün alt•ndaki zeminde yer de i tirme……… 23

ekil 1.5. Basit numune al•c•n•n orta çizgisindeki eksenel birim deformasyon tarihçesi………. 24

ekil 1.6. Normal ve az a •r• konsolide killerde tüp ile numune almadan kaynaklanan gerilme izleri……… 25

ekil 1.7. Alan oran• ve rahatlama pay• tan•mlamalar•………. 26

ekil 1.8. De i ik numune yal•t•m yöntemlerinde kar •la •lan nem kay•plar•……… 31

ekil 1.9. Tokyo kilinde de i ik numune alma yöntemlerinin serbest bas•nç dayan•m•na etkisi……….. 34

ekil 2.1. Danimarka cep penetrometresi………. 42

ekil 2.2. Orjinal Dutch konisi ve geli tirilmi mekanik Delft konisi………….. 43

ekil 2.3. Mekanik Delft Konisi ve Mekanik Begemann Konisi……….. 44

ekil 2.4. Begeman konisi………. 45

ekil 2.5. Heerema penetrometresi ucu………. 46

ekil 2.6. Sol-Essais penetrometresi………. 47

ekil 2.7. Degebo penetrometresi………. 48

ekil 2.8. Elektrikli strain gauge konisi……… 50

ekil 2.9. CEBTP penetrometresinin ucu………. 51

ekil 2.10. Ponts et Chaussees Laboratuvar•n•n elektrikli penetrometresi………. 52

ekil 2.11. BMEE hafif penetrometre………. 53

ekil 2.12. Amerikan statik penetrometresi……… 54

ekil 2.13. Rus Lunar penetrometresi………. 56

xii

ekil 2.16. Jonell ve Nilson penetrometresi ucu………. 59

ekil 2.17. Haefeli Fehlmann statik-dinamik penetrometresi………. 60

ekil 2.18. Jangot-Bonneton statik-dinamik penetrometresi ucu……… 61

ekil 2.19. Meurisse statik-dinamik penetrometresi ucu……… 62

ekil 2.20. Andina statik-dinamik penetrometresi ucu………... 63

ekil 2.21. Begemann Mekanik sürtünme konileri (penetrometreleri)…………... 64

ekil 2.22. Elektrikli sürtünme penetrometreleri……… 65

ekil 2.23. Penetrometrenin zamanla geli imi……… 67

ekil 2.24. Piyezokonilerin gözenekli uçlar•n•n pozisyonlar•………. 68

ekil 2.25. Vertek görüntü sondas•………. 70

ekil 2.26. Görüntü sondas• sensöründen al•nm• görüntüler………. 71

ekil 2.27. Görüntü sondas• görüntüleri………. 71

ekil 2.28. Elektrik öziletkenlik sondalar•……….. 72

ekil 2.29. Çevresel de erleri ölçüm sondas•………. 73

ekil 2.30. Gama • •n• sondas•……… 74

ekil 2.31. Gama • •n• sondas• veri ç•kt•s•……….. 74

ekil 2.32. Hidrokarbon sondas•………. 75

ekil 2.33. Hidrokarbon sondas• örnek veri ç•kt•lar•……….. 76

ekil 2.34. Manyetometre sondalar•……… 77

ekil 2.35. Sismik sonda deneyi………. 78

ekil 2.36. Nem sondas•……….. 79

ekil 2.37. Nem sondas• deneyi veri ç•kt•s•……… 79

ekil 2.38. Kanatl• sonda……… 80

ekil 2.39. tilen kanatl• sonda……… 81

ekil 2.40. Çekilen kanatl• sonda……… 81

ekil 2.41. T-çubu u sondas•……….. 82

ekil 2.42. Konik penetrometre ve sürekli itilen problar……… 83

ekil 2.43. SPT numune al•c• kesit ve boyutlar•………. 86

ekil 2.44. SPT ahmerdan (çekiç) çe itleri……….... 87

ekil 2.45. Elektrikli sürtünme konisi………. 98

xiii

ekil 2.48. Zemin türü, konik uç direnci ve çeper sürtünmesi ili kisi……… 103

ekil 2.49. Elektrikli sürtünme konisi için sadele tirilmi zemin te his aba •….. 103

ekil 2.50. Standart elektrikli koni için zemin s•n•fland•rma aba •……… 104

ekil 2.51. CPT deney sonuçlar•na göre zemin s•n•flamas•……… 105

ekil 2.52. Çimentolanmam• normal kuvars kumlar• için CPT sonuçlar•, örtü bas•nc• ve efektif sürtünme aç•s• aras•ndaki ili ki……… 106

ekil 2.53. Farkl• kumlar için CPT uç direnci ile s•k•l•k ili kisi………. 107

ekil 2.54. Çimentolanmam• ve yeni olu mu kuvars kökenli kum zeminlerde rölatif s•k•l• •n uç direnciyle ili kisi………. 107

ekil 2.55. Presiyometrenin ana bile enleri……… 110

ekil 2.56. Menard presiyometresinin ematik diyagram•……….. 111

ekil 2.57. Cambridge kendinden delgili pressiyometresi……….. 112

ekil 2.58. Sürmeli tip presiyometre………... 114

ekil 2.59. Marchetti Dilatometresi……… 116

ekil 3.1. Paslanmaz çelik türleri için Schaeffler Diyagram•……….. 120

ekil 3.2. Paslanmaz çelikten imal edilmi baz• boru ve kütük profiller………. 129

ekil 3.3. Temel 304 çeli iyle di erlerinin özellik de erlendirmesi……… 131

ekil 3.4. Eksenel çekmeye maruz çubukta boy uzamas•……… 138

ekil 3.5. Wheatstone köprüsü devresi………. 140

ekil 3.6. TESTBOX1001 veri toplama sistemi………... 145

ekil 3.7. RS-485 haberle me konektörü ba lant• emas•……… 148

ekil 3.8. Sensör kablosu konnektörü ba lant• emas•………. 149

ekil 3.9. Kanal kazanç ve ikaz ayarlar• emas•………... 149

ekil 3.10. TESTBOX-BRIDGE ayg•t geçidi………. 150

ekil 3.11. TESTBOX-QCABLE devre tamamlama kablosu……… 151

ekil 3.12. Tasarlanan penetrometre deney verilerinden c ve Ø’nin grafik yolla belirlenmesi için dü ünülen yöntem grafi i……….. 158

ekil 3.13. Tasarlanan penetrometre………... 160

ekil 3.14. Uç bölümü………. 161

ekil 3.15 Penetrometrenin ta •y•c• iç bölümü……….. 161

xiv

ekil 3.18. Tij konnektörü bölümü………. 163

ekil 3.19. Penetrometrenin son tasar•m ekli……… 166

ekil 3.20. Penetrometre ve veri toplama sistemi………. 166

ekil 3.21. Strain gauge yap• t•rmak için bantlanarak sabitlenmi borular……… 168

ekil 3.22. Yerine konumland•r•lm• , yap• t•r•lmaya haz•r staringaugeler………. 169

ekil 3.23. ç boru d• •na yap• t•r•lm• strain gauge……….. 169

ekil 3.24. Boru içine yap• t•r•lm• strain gaugeler……… 170

ekil 3.25. Strain gauge ba lant•lar•n•n kontrolünde kullan•lan avometre………. 171

ekil 3.26. Elektronik devreyle Wheatstone Köprüsü tamamlama………. 172

ekil 3.27. TESTBOX1001’in transfer fonksiyonu……… 173

ekil 3.28. ç ta •y•c• borular•n (uç ve geni letme direnci) kalibrasyonu………... 178

ekil 3.29. Sürtünme ceketinde sürtünme kuvveti kalibrasyonu……… 179

ekil 3.30. Sürtünme ceketinde bas•nç kuvveti kalibrasyonu………. 179

ekil 3.31. TestLAB Basic program• deney düzenleme ara yüzü………... 181

ekil 4.1. Sondaj ekipman•……… 183

ekil 4.2. Yükleme çerçevesi düzene i ön, üst ve yan görünü ü……… 184

ekil 4.3. 0-1 mm dane çap•na sahip kumda dane da •l•m• grafi i……….. 188

ekil 4.4. 0-5 mm dane çap•na sahip kumda dane da •l•m• grafi i……….. 189

ekil 4.5. 0-15 mm dane çap•na sahip kumda dane da •l•m• grafi i……… 190

ekil 4.6. 0-1 mm dane çap•na sahip kumda kesme kutusu deneyi grafi i……. 191

ekil 4.7. 0-5 mm dane çap•na sahip kumda kesme kutusu deneyi grafi i……. 191

ekil 4.8. 0-15 mm dane çap•na sahip kumda kesme kutusu deneyi grafi i…... 192

ekil 4.9. Bir tabaka için hesaplanan malzemenin tart•lmas•……….. 194

ekil 4.10. Bir tabaka için gev ek halde ön tesviye kontrolü……… 194

ekil 4.11. Tamamlanan tabaka için tesviye kontrolü……… 195

ekil 4.12. Tamamlanan tabaka için kot kontrolü………. 195

ekil 4.13. Çerçeve üst kiri inin teraziye al•nmas•………. 196

ekil 4.14. Kontrolleri yap•lm• ba lat•lmaya haz•r bir deney……… 197

ekil 4.15. Penetrometrenin zemine itilmesi……….. 200

ekil 4.16. Penetrometre ilk bölümünün zemine itilmesi………. 201

xv

ekil 5.1. D=0-1 mm zemin modelinde s•k•l•k-uç direnci ili kisi grafi i………. 206 ekil 5.2. D=0-5 mm zemin modelinde s•k•l•k-uç direnci ili kisi grafi i………. 207 ekil 5.3. D=0-15 mm zemin modelinde s•k•l•k-uç direnci ili kisi grafi i……... 207 ekil 5.4. Kumlu zeminlerde SPT batma direnci-göreli s•k•l•k ili kisi…………. 208 ekil 5.5. D=0-1 mm zemin modelinde bo luk oran•-uç direnci ili kisi

grafi i……… 209

ekil 5.6. D=0-5 mm zemin modelinde bo luk oran•-uç direnci ili kisi

grafi i……… 210

ekil 5.7. D=0-15mm zemin modelinde bo luk oran•-uç direnci ili kisi

grafi i……… 210

ekil 5.8. D=0-1 mm zemin modelinde s•k•l•k-geni letme direnci ili kisi

grafi i……… 212

ekil 5.9. D=0-5 mm zemin modelinde s•k•l•k- geni letme direnci ili kisi

grafi i……… 213

ekil 5.10. D=0-15 mm zemin modelinde s•k•l•k-geni letme direnci ili kisi

grafi i……… 213

ekil 5.11. D=0-1 mm zemin modelinde bo luk oran•-geni letme direnci ili kisi

grafi i……… 215

ekil 5.12. D=0-5 mm zemin modelinde bo luk oran•-geni letme direnci ili kisi

grafi i……… 215

ekil 5.13. D=0-15 mm zemin modelinde bo luk oran•-geni letme direnci

ili kisi grafi i……… 216

ekil 5.14. D=0-1 mm zemin modelinde alt sürtünme ceketi çevre bas•nc•- sürtünme gerilmesi ili kisi grafi i……… 218 ekil 5.15. D=0-1 mm zemin modelinde üst sürtünme ceketi çevre bas•nc•-

sürtünme gerilmesi ili kisi grafi i……… 218 ekil 5.16. D=0-5 mm zemin modelinde alt sürtünme ceketi çevre bas•nc•-

sürtünme gerilmesi ili kisi grafi i……… 219 ekil 5.17. D=0-5 mm zemin modelinde üst sürtünme ceketi çevre bas•nc•-

sürtünme gerilmesi ili kisi grafi i……… 219

xvi

ekil 5.19. D=0-15 mm zemin modelinde üst sürtünme ceketi çevre bas•nc•- sürtünme gerilmesi ili kisi grafi i……… 220

xvii

Tablo 1.1. Zemin örselenmesinin ana nedenleri………... 19

Tablo 1.2 Doygun kilde ortaya ç•kan gerilme de i imleri………. 21

Tablo 1.3. Alan oranlar• ile kesici uç daralmas•n•n kombinasyonlar•…………. 27

Tablo 1.4. Zemin türüne ba l• izin verilebilir uzunlu un çapa oranlar•……….. 29

Tablo 1.5. Numune al•c• sürme yöntemleri……….. 30

Tablo 2.1. Zemin artlar•na göre mevcut arazi deneylerinden elde edilen parametreler………. 39

Tablo 2.2. Standart numune alma ka •klar•n•n boyutlar•………. 87

Tablo 2.3. CPT’nin genel tipleri………... 97

Tablo 2.4. Zemin türü için te his özellikleri………. 104

Tablo 3.1. Baz• paslanmaz çeliklerin kimyasal bile imleri………. 122

Tablo 3.2. Paslanmaz çeliklerin imalat özellikleri………... 126

Tablo 3.3. Paslanmaz çeliklerin fiziksel özellikleri………. 130

Tablo 3.4. Oda s•cakl• •nda 304 çeliklerinin mekanik özellikleri……….. 134

Tablo 3.5. Tipik k•sa süreli yüksek •s• çekme mukavemeti………. 134

Tablo 3.6. Tavsiye olunan azami hizmet s•cakl• •………... 135

Tablo 3.7. S•f•r alt• s•cakl•klarda 304 çeli inin tipik özellikleri………... 135

Tablo 3.8. 304 çeli inin baz• çözeltilere kar • korozyon dayan•m•……….. 136

Tablo 3.9. Wheatstone Köprüsü devre çe itleri……… 142

Tablo 3.10. Kum-metal aras•nda olu an sürtünme aç•s•………. 157

Tablo 4.1. Model zemin ortamlar•nda kullan•lan kum malzemelerin birim hacim a •rl•k ve bo luk oranlar• de erleri……….. 187

Tablo 4.2. D=0-1 mm dane çap•na sahip kum için yüzde geçen tablosu……… 187

Tablo 4.3. D=0-5 mm dane çap•na sahip kum için yüzde geçen tablosu……… 188

Tablo 4.4. D=0-15 mm dane çap•na sahip kum için yüzde geçen tablosu…….. 189

xviii

Tablo 4.6. Deneylerde gerçekle en su muhtevas•, s•k•l•k ve bo luk oran•

de erleri………... 198 Tablo 5.1. Farkl• s•k•l•klarda ve derinliklerde ölçülen uç direnci de erleri……. 206 Tablo 5.2. Farkl• bo luk oranlar•nda ve derinliklerde ölçülen uç direnci

de erleri………... 209 Tablo 5.3. Farkl• s•k•l•klarda ve derinliklerde ölçülen geni letme direnci

de erleri………... 212 Tablo 5.4. Farkl• bo luk oranlar• ve derinliklerde ölçülen geni letme direnci

de erleri………... 214 Tablo 5.5. Sürtünme ceketlerinde ölçülen çevre bas•nc• ve sürtünme gerilmesi

ortalamalar•………. 217

xix

Anahtar kelimeler: Penetrometre, Numune Alma, Zemin Fiziksel Özellikleri

Penetrometrelerin kolay kullan•mlar•, arazide deney yapanlar için tercih edilmelerine etken olmaktad•r. Çok say•da zemin parametresi hakk•nda hesaplama ya da tahminde bulunmay• sa layabilecek daha güvenilir veriler vermesi, tasar•mc•lar taraf•ndan da tercih edilmesini sa lamaktad•r. Saha ara t•rma maliyetlerini dü ürmesi ise nihai yararlan•c•lar olan i sahipleri taraf•nda giderek daha fazla tercih edilmesinde etkili olmaktad•r.

Arazi deneylerinin yayg•nla mas•, ara t•rma geli tirme çal• malar•na giderek daha fazla önem verilmesini ve kaynak ayr•lmas•n• sa lamaktad•r. Dünyada çal• malar, daha h•zl• gerçekle tirilebilen ve daha güvenilir veriler sa layan arazi deneylerinin geli tirilmesi üzerine yo unla maktad•r.

Bu çal• mada, hem numune alabilen ayn• zamanda zeminin baz• fiziksel özelliklerini belirlemeye yarayacak veriler elde edilebilen yeni bir penetrometre (numune al•c•) tasarlanm• t•r. Türkiye’de hem numune alma, hem de en az bir arazi deneyi yapma zorunlulu u ve iki i lemin birlikte yap•lmas•n•n zorlu u bu geli tirme çal• mas•nda dikkate al•nm• t•r.

çte, uç direnci ve geni letme direncini ölçmeye yarayan kal•n bir cidardan, d• ta ise sürtünme direncini ölçmeye yarayan ince cidarl• iki farkl• çapta iki sürtünme ceketinden olu an penetrometre çift cidarl• olarak tasarlanm• t•r. Ölçümler gerinim pulu teknolojisiyle yap•lm• t•r.

Çal• mada tasarlanan penetrometreyle kum zeminlerin önemli parametreleri olan, rölatif s•k•l• •n (D_r) ve bo luk oran•n•n (e) belirlenebildi i gösterilmi tir.

xx

ABSTRACT

Key Words: Penetrometer, Soil Sampling, Physical Characteristics of Soils

Easy usage of penetrometers has an effect on those who experiment in the field. As penetrometers provide more reliable data that can be used for the calculation of large number of field parameters or for predictions they are also preferred by designers. The customers also gain advantage when they use penetrometers due to their effect on lovering the costs.

Proliferation of soil experiments also attached importance to the research and development works in this field. All over the world, these works are focused on advancing in-situ testing that can provide data in a faster and more accurete way.

In this study a new penetrometre (soil sampler) that can have a sample and also obtain some data regarding the psysical structure of the soil is developed. During the development process the necessity of having at least one in-situ test and taking sample and hardship of doing both of these two in Türkiye, have been taken into consideration.

The penetrometer is designed with double walls. Inside a thick wall, used to measure tip resistance and resistance to expansion and outside two thin walls in different diametres with two different friction mantles used to measure the resistance of friction.

Measurements are carried out in strain gauge technology.

In this research it has been shown that, by using designed penetrometer the important parametres of sandy soils that are relativ density (D_r) and void ratio (e) can be established.

BÖLÜM 1. G R

htiyaçların artmasının ve çe itlenmesinin yansımaları, yapı alanında da ya anmaktadır. artların ihtiyaçlara ve isteklere yeterli olmaması, artların zorlanmasını gerektirmektedir. Artan insanlık nüfusuna ve beklentilere ba lı olarak ihtiyaçların arttı ı, imkânların daraldı ı ve artların zorla tı ı günümüz dünyasında, imkân ve artların ihtiyaçlara yeterli olup olmadı ına bakılması yerine; imkân ve artların ne kadar ihtiyacı kar ılayabilece inin, hatta imkân ve artların nasıl en fazla ihtiyacı kar ılamasının sa lana bilece inin ara tırılmasına ba lanmı tır.

Yapı alanında ya anan bu artların, zemin ara tırmalarına da yansıması kaçınılmaz olmaktadır. Sınırlı imkân ve artlara kar ın ihtiyaçların, istek ve beklentilerin artması yapı alanındaki tüm alanlarda oldu u gibi yapının üzerinde bulundu u zemin ara tırmaları alanında da ya anmaktadır. Örne in; yapı konusunda sa lanan bilgi ve teknolojik geli meler zeminin daha derinlerini etkileyen yüksek, geni ve a ır yapıların in asını mümkün hale getirmi tir. Zeminlerin daha derinlerini etkileyen yapılar, daha derin zemin ara tırmalarını zorunlu kılmaktadır. Derin zemin ara tırmaları bir yandan fazla zaman gerektirirken di er yandan zemin ara tırma maliyetlerini artırmaktadır. Bu durum daha hızlı ve ekonomik ara tırma yöntem ve aletlerinin ke fini te vik etmektedir.

Bir yandan ehir nüfuslarının artması sonucu zayıf zeminlere yerle me ihtiyacı, di er yandan depremlerin yıkıcı etkilerinin zemin parametrelerine ba lı olması, bina zeminlerinin daha iyi ara tırılmasını zorunlu kılmaktadır. Bina dı ındaki yapılarda da ihtiyaç ve beklentiler artmakta ve artları zorlamaktadır. Daha zor artlarda ya da daha iyisi in a edilmesi gereken yollar, tüneller, platformlar, su yapıları, su ortamlarında yapılan yapılar v.b. zemin inceleme konusunda detaylı ara tırmaları zorunlu kılmaktadır.

Bir yandan a ırla an artlar ve yeni geli meler, di er yandan bu geli melere dayalı olarak yapılan yasal düzenlemeler; yeni artları, zorunlulukları veya gerekleri beraberinde getirmektedir. Dünyanın de i ik bölgelerinde, de i ik co rafi, ekonomik ya da kültürel artlar, de i ik imkânlar, ba ka bölgelerden çok farklı artlar, zorluklar, zorunluluklar veya gerekleri beraberinde getirebilmektedir. Bölgenin zemin artları, deprem risk düzeyi, bölge halkının ve ilgili teknik personellerin sosyal, ekonomik ve psikolojik durumu, bölgenin sahip oldu u teknik ve ekonomik imkânlar ve bu artlardan etkilenen yasal düzenlemeler zemin inceleme yöntem ve araç-gereçlerini etkilemektedir.

Dünyanın daha geli mi ülkelerinde, vasıfsız i gücünü az gerektiren ya da hiç gerektirmeyen buna kar ın çok az vasıflı i gücü gerektiren pahalı ve geli mi alet ve yöntemler kullanılırken; az geli mi ülkelerde, vasıflı i gücünü az gerektiren daha fazla vasıfsız i gücü yeterli olan, daha ucuz ve basit alet ve yöntemlerin kullanılması tercih edilmektedir. Bazı zemin inceleme faaliyetleri, yasal gerekleri yerine getirmek için detaya girilmeden yapılırken bazı zemin inceleme faaliyetleri yasal gereklerin çok üzerinde titiz çalı malarla yapılmaktadır.

Ülkeler arası de i en artlar ve bu artlar gere i de i en prosedürler, ülke içinde de;

(bölgeler, ehirler hatta mahalleler arası) de i ebilmektedir. Aynı ehrin zemin problemleri ya anmayan mahallelerinde zemin inceleme i ini yasal prosedürlerle sınırlayayarak gerçekle tiren irketler, problemli zemin artlarına sahip parsellerde daha titiz davranmakta ve zaman zaman prosedürün gerektirdi i i lemlerden daha fazla test yaparak incelemeyi detaylandırmaktadır. Di er yandan kurumlar da kendi artları ve i tigal konusuna göre kendilerine uygun artnameler hazırlamakta ve özgün uygulamalar yapmaktadır.

Türkiye’de 1999 yılında meydana gelen yıkıcı Marmara Depremi (Richter ölçe i ile 7,4 iddetinde) sonucunda olu an büyük yıkım sonrasında Yapı Yönetmeli i de i tirilmi tir. Bu depremde özellikle Adapazarı ehir Merkezinde zemin kaynaklı çok sayıda yapı hasarı olu mu tur. Bu depremin yalnız bölgeyi de il tüm ülkeyi etkileyen sosyal, ekonomik, siyasal ve hukuki etkileri olmu tur (Da deviren vd., 2007). Bunun üzerine Bayındırlık ve skân Bakanlı ı, özellikle zayıf zeminlerde

zemin inceleme i inin önemini fark etmi ve yasal düzenleme ile bir istisna olarak Adapazarı ehir Merkezinde zemin etütlerinin kontrolünü yerel yönetimlere bırakmayarak bizzat kendisi üstlenmi tir. Zemin inceleme faaliyetlerinin kontrol i ini, 10 yıl süreyle kurdu u komisyon marifetiyle bakanlık olarak kendisi sürdürmü , piyasada zemin inceleme faaliyeti yürüten irketlerin ve yerel yönetimlerin yeterli düzeye geldi inin anla ılmasından sonra ehir merkezinde kontrolü yerel yönetimlere devretmi tir.

De i en artlar ve yasal düzenlemeler; bu artlara ba lı olarak de i en zemin inceleme yöntemlerini ve düzeylerini gerekli veya zorunlu kılabilmektedir. Geçmi te oldu u gibi günümüzde de de i en artlar yeni yöntem ve yeni araç-gereç ara tırmalarını beraberinde getirmektedir. Özellikle Hollanda, sveç ve Norveç gibi problemli zeminlere sahip ülkelerde, Japonya, Türkiye ve Yeni Zelanda gibi deprem riski altında olan ülkelerde ve Hong Kong ve ngiltere gibi büyüyen ehirlerin zayıf zeminlere yerle meyi zorunlu kıldı ı ülkelerde, özellikle kendi özel artlarına uygun yöntemler geli tirmek için enstitüler ya da ara tırma birimleri kurulmaktadır.

Günümüzde zemin inceleme faaliyetlerini daha ekonomik, daha hızlı, daha kolay ve tasarımda kullanılacak verileri daha do ru belirleyebilen faaliyetler haline getirmek için ara tırmalar yapılmaktadır. Bu do rultuda ara tırmalar arazi deneylerinde yo unla maktadır. Yerinde deneylerin kolay icra edildi i, zayıf zemin ko ullarına sahip Hollanda, sveç, Norveç ve Danimarka gibi ülkelerde, yerinde deney ara tırmalarına irketler ve enstitüler gibi kurulu lar büyük kaynaklar ayırmaktadır.

1.1. Ara tırmanın Amacı

(Coduto, 2001) tarafından, eski temel tasarımlarının sadece geçmi teki örneklere, önsezi ve yaygın kanıya dayandırıldı ı bildirilmi tir. Yapı in a edenler, temellerin boyutlandırılması ve in ası için deneme yanılma yoluyla kurallar geli tirmi tir. Bu deneye dayalı kuralların, geçmi te kar ıla ılan zemin ko ullarına ve yapılara uygulandı ında genellikle kabul edilebilir sonuçlar ortaya koydu u bildirilmi tir.

20. yüzyıl öncesi endüstriyel dönem sırasında, u anda zeminlerin iyile tirilmesi için kullanılan kazık çakma, önyükleme, kompaksiyon ve drenaj yöntemleri gibi birçok geoteknik yöntemin kullanıldı ı görülmektedir (Jensen, 1969). Bu tekniklerin tamamen deneye dayalı deneyimler olarak uygulandı ı bildirilmi tir (Clayton vd., 1995).

Bununla birlikte, in aatçılar bu kuralları yeni ko ullara uyguladı ında, sonuçlar genellikle yıkıcı olmu tur. Bu problem özellikle XIX. yüzyılın sonlarında yeni bina in aat yöntemlerinin ortaya çıkmaya ba lamasıyla daha da sıkıntı verici olmu tur.

Yeni materyaller binaların öncekilerden daha yüksek ve a ır olmasına da izin vermi tir. Ayrıca, daha yeni sahalar yerle ime açıldıkça, yapı in a edenler, kötü zemin ko ullu sahaları göz önünde bulundurmaya zorlanmı ve bu sahaların temel tasarımı ve in ası daha çok güçle mi tir. Böylece temel tasarımı için eski kurallar daha fazla uygulanmamı tır. Yapılar giderek daha geni ve daha a ır olarak in a edilirken, mühendislerin temel tasarım ve yapımı hakkındaki bilgileri de geli mi tir.

Mühendisler basit kurallar geli tirmek yerine zemin ve temellerin davranı ını ara tırmaya ve daha rasyonel tasarım metotları geli tirmeye ba lamı lardır (Coduto, 2001).

Dünyada, zemin mekani i konusunda çalı maların M.Ö. X. yüzyıla kadar uzandı ı kaynaklardan anla ılmaktadır. Zemin mekani inde analitik incelemeler, büyük koruma yapılarına ihtiyaç duyuldu u XIIX. yüzyılda ba lamı tır fakat bu konuda yo un sistematik çalı maların XX. yüzyılda ba ladı ı bilinmektedir (Önalp, 2002).

XX. yüzyılda zemin inceleme yöntemlerinde büyük geli meler sa lanmakla birlikte, yöntemlerin ba arısı kullanılan araçların özelliklerine ba lı oldu undan, tasarımda kullanılacak sonuç veriler, istenilen kalite düzeyine ula amamı tır (Kramer, 2003).

Geoteknik mühendisli inde, yapılan çalı malar ve ara tırmalar sonucunda elde edilen, bilgi ve teknoloji birikiminin ortaya çıkardı ı büyük geli melere ra men, çok sayıda belirsizlik hakkında varsayımlar yapılmakta ve hesaplarda büyük güvenlik katsayıları kullanılmaktadır. Bu belirsizlikler zemin ko ulları ve yapısı hakkında elde edebildi imiz bilgilerin sınırlı olmasından ve do rulu unun kesin olmamasından kaynaklanmaktadır. Tüm zemin ara tırmalarında küçük bir numune ya da küçük alan

(nokta) ele alınarak inceleme yapılmaktadır. Titiz çalı malar yapılsa dahi, sadece uygun zeminlerde, alındı ı sınırlı alanı temsil edebilen sonuçların, daha geni alanlara uyarlanarak kullanılması uygun olmaktadır.

(Coduto, 2001) ya göre; bu deneyler ve analizler, emsal, sa duyu ve mühendislik yargısı ile de i kenmelidir. Temel mühendisli i, halen bir sanat ve bilimdir. Temel mühendisli ini veya herhangi bir mühendislik dalını tasarım için birkaç reçete kullanarak basitçe izlenecek bir formüller ve abaklar kolleksiyonu olarak görmek tehlikelidir.

Zeminlerden elde edilen verilerin niteli i, zeminlerin yapısından kaynaklandı ı gibi kullanılan inceleme yöntem ve araçlarından da etkilenmektedir. Zemin inceleme araçlarının da çok etkiledi i belirsizlikler yüzünden, geoteknik mühendisli inin, hala sanat olarak icra edilmesi gereken bir bilim olarak görülmesi, bu alanda elde edilen verileri belirlemede kullanılan yöntem ve deneylerin, geli tirmeye ihtiyacı oldu unu dü ündürmektedir.

Kullanılan yöntem ve araçların zemin artlarına uygun olması, elde edilen verilerin istenildi i gibi kaliteli olmasını sa layabilmektedir. Fakat, gerekli tüm verilerin, tek araçla ya da yöntemle istenilen kalitede elde edilemedi i zemin artlarında, birden fazla araç ve/veya yöntemin kullanılması zorunlu olabilmektedir. Bu durumun bir sonucu olarak, Türkiye, yönetmeliklerle ço u zeminin, sondaj beraberinde en az bir yerinde deneyle ara tırılmasını kurala ba lamı tır. Zemin incelemelerinin ekonomiyi göz ardı edemeyen faaliyetler olu u, çok uzun ve detaylı ara tırma yapmanın hem maliyeti yükseltmesi hemde zaman gerektirmesi birden fazla deneyi aynı anda yapabilen araçların geli tirilmesini te vik etmektedir.

Zemin ara tırmalarının, yeteri kadar ve güvenilir verileri vermeyecek biçimde yetersiz araçlar ve yöntemlerle icra edilmesi, ya güvenlik sorunu olu turmakta ya da tasarımcılar tarafından büyük güvenlik sayıları kullanılarak ekonomiden uzakla ılmasına neden olmaktadır. Özellikle bina zeminlerinde, can güvenli ini ilgilendirdi inden zemin incelemenin, en uygun aletlerle ve yöntemlerle olabildi ince titiz yapılmasını gerektirmektedir. Zemin incelemelerinde elde edilen

verilerin kalitesi zemin cinsine, kullanılan araç ve yönteme ba lıdır. Bazı durumlarda tek araç ve tek yöntemle elde edilen veriler yeteri kadar güvenilir olmamakta ve verilerin birkaç yoldan elde edilerek sa laması yapılmaktadır.

Zemin ara tırma faaliyetlerinden elde edilen veriler, kullanılan araçlara ve yöntemlere ba lı olarak istenilen düzeyde güvenilir olmayabilir. Mevcut zemin ara tırma aletleri, bazı zemin özelliklerini belirlemede yeterli olurken bazı zemin özelliklerini belirleyememekte ya da yetersiz kalmaktadır. Bu durum birçok özelli i aynı anda belirleyebilen aletlerin tasarımına ihtiyaç oldu unu dü ündürmektedir.

Yerinde deneylerin, alınan numunelere uygulanan laboratuvar deneylerinden ba ımsız deneyler olarak icra edilmesi, numune alma sırasında zemin özelliklerini belirleyebilen yeni bir yerinde deney aletinin kullanı lı olaca ını dü ündürmü tür.

Günümüzde en yaygın kullanılan arazi deney aletleri penetrometrelerdir.

Kullanımlarının avantajı nedeniyle dünyanın tüm bölgelerinde de i ik tipte penetrometreler kullanılmaktadır. Penetrometreler zemin özelliklerini yerinde hızlı bir ekilde belirleyebilen aletlerdir. Penetrometreler, tasarımlarının durumuna göre zeminin özelliklerini belirlemeye yönelik veriler sa lamaktadır.

Günümüzde zemin ara tırmalarında ço u tasırımcı tarafından güvenilen en temel yöntem, araziden tüplerle alınan numunelerin laboratuvarda deneye tabi tutularak zemin parametrelerinin belirlenmesi yöntemidir.

Birçok avantajları nedeniyle yaygın kullanılan penetrometrelerin, laboratuvar deneylerinde kullanmak üzere numune alacak ekilde tasarlanması amacıyla bu çalı ma yapılmı tır. Çalı mada tasarlanacak aletin hem numune alıcıların, hem de penetrometrelerin görevini aynı anda yapabilmesi hedeflenmi tir.

Tasarlanan penetrometrenin mevcut alet ve yöntemlere uygun ve uyumlu olması hedeflendi i için bir bölümü Standart Penetrasyon Deneyinde (SPT) kullanılan ka ı a benzer boyutlarda tasarlanmı tır. Böylece, SPT deneyi için yüzyıla yakın sürede elde edilen bilgi ve tecrübelerin, tasarlanan penetrometreden elde edilecek veriler içinde kullanılabilir ya da uyarlanabilir olabilece i dü ünülmü tür. Tasarlanan

penetrometre zemine statik itilecek ekilde tasarlandı ından elde edilen numunelerin, SPT deneyinden elde edilen numunelerden daha kaliteli olaca ı dü ünülmü tür.

Ayrıca ölçümler penetrometre ucunda yapılabilece inden SPT deneyinde yapılacak düzeltmelere de gerek kalmayaca ı ve dolayısıyla verilerinde daha güvenilir olaca ı dü ünülmü tür.

Mevcut penetrometrelerde, uç direnci yanında sürtünme gerilmesi ölçülmekte ve bu iki de er birlikte kullanılarak zemin cinsi belirlenebilmektedir. Yeni penetrometre, sürtünme ceketli tasarlanarak, Konik Penetrasyon Deneyinden (CPT) elde edilen tüm verilerin deney sırasında toplanması, yani; tasarlanan penetrometrenin, CPT deneyinin görevini de görmesi hedeflenmi tir.

Presiyometreler, zeminin basınç gerilmelerine verdi i tepkiyi belirlemede ba arılı bir ekilde kullanılmaktadır. Sürtünme ceketleri, basınç gerilmelerinide ölçecek ekilde tasarlandı ında, zeminin gerilme durumu hakkında bilgi edinilece i dü ünülmü tür.

Numune alabilen pentrometreye, çevre basıncınıda ölçebilecek ekilde donatılan sürtünme ceketleri de eklenerek, hem sürtünme gerilmesinin hemde çevre basıncının ölçülmesi hedeflenmi tir.

Sürtünme ceketi, farklı çaplarda iki adet tasarlanarak basınca kar ı zeminin davranı ının belirlenebilece i dü ünülmü tür. SPT ka ı ı boyutlarındaki ilk sürtünme ceketinden sonra daha geni bir sürtünme ceketi daha eklenerek, zemin geni letilirken olu an farklı basınçlara kar ı zeminin davranı ının belirlenmesi hedeflenmi tir.

Ceketlerde olu acak sürtünme kuvvetleri, sürtünme ceketlerinin yüzeyinde olu an gerilmelerin toplamı olmaktadır. Sürtünme kuvvetlerinin, yüzeye gelen basıçların büyüklü ünden etkilenece i dü üncesi ile farklı basınçlarda, farklı sürtünme gerilmeleri olu aca ı ve bu iki de erin oranının, zeminin içsel sürtünme açısıyla orantılı olaca ı dü ünülmü tür. Sürtünme ceketlerine etki eden basınç gerilmesine kar ılık olu an sürtünme kuvvetinin içsel sürtünme açısıyla ilintisi belirlenerek, içsel sürtünme açısının tasarlanan aletle belirlenebilece inin gösterilmesi hedeflenmi tir.

Zemin inceleme faaliyetlerinde, hem arazi deneyleri, hemde numune alarak laboratuvar deneyleri yapmak zaman aldı ı ve maliyetleri artırdı ı için bu iki i i birlikte yapacak bir alet tasarlanması amaçlanmı tır.

Bu çalı mada, numune alma sırasında uç direnci, iki farklı çaptaki sürtünme ceketiyle sürtünme gerilmeleri ve çevre basıncının ölçülebildi i yeni bir penetrometre tasarlanması amaçlanmı tır.

1.2. Zemin Ara tırmalarının Önemi ve Yöntemleri

Saha incelemesinin, in aat i inin zorunlu, gerekli ve faydalı bir parçası oldu unu, sadece ilgili uzmanlar ve yoklu undan zarar görmü az sayıda insan bilir. Ne yazık ki bu i ; resmi prosedürü yerine getirmek için çok de erli para ve zaman harcanması gereken, çok az de er katan ve çekilmesi zorunlu çileli bir i lem olarak görülmektedir (Clayton vd., 1995).

Öncelikle bilinmesi gereken, saha inceleme i inin bilimsel bir i oldu udur. Bu yüzden saha inceleme bilgili ve tecrübeli ki iler tarafından bir plan çerçevesinde yapılmalıdır. Yapılan bir çalı manın de erinin olması ve amacına ula ması için uzmanlar tarafından planlanması arttır. Ülkemizde saha inceleme gereksiz masraf gerektiren bir i lem olarak görülmektedir. Ancak unutulmamalıdır ki; in aatla ilgili önceden görülmeyen masrafların ço u geoteknik kökenlidir. n aatla ilgili önceden görülmeyen masraf artı larının ço unun, saha incelemesi kökenli oldu unun Osmanlı mparatorlu u tarafından da fark edilmesi üzerine, yapı maliyetlerinin planlananın üzerine çıkmaması için zeminin (toprak) iyi incelenerek ek fiyat artı ına neden olunmaması yönünde padi ah fermanı yayınlanmı tır.

Saha inceleme u amaçlara yönelik yapılabilmektedir; yer seçimi, temel ve toprak i lerinin tasarımı, geçici i ler tasarımı, önerilen projenin çevresine etkisi, mevcut yapı zemininin incelenmesi, çözüm çalı malarının tasarımı ve güvenlik kontrolleri (Clayton vd., 1995).

Zemin ara tırmalarının bir yandan tüm ticari faaliyetler gibi ekonomiyi göz ardı edemeyen faaliyetler olu u, di er yandan büyük yatırımlar gerektiren yapıların güvenli ini do rudan etkilemesi, boyut ve hassaslık düzeyinin planlanarak çok iyi belirlenmesini zorunlu kılmaktadır. Heterojen, karma ık ve di er malzemelerden farklı davranı özelliklerine sahip zemine yönelik ve yatırımların güvenli ini etkileyen ekonomik bir faaliyet olu u her zemin ara tırma faaliyetinin farklı plan ve yöntemle yapılmasını gerektirmektedir. (Coduto, 2001) tarafından zemin ara tırmalarının kapsamı ile maliyet artı ı ili kileri ekil 1.1’de verilmi tir.

Zemin ara tırmalarının, kendi maliyetine göre çok daha büyük maliyetli yapılar ile can güvenli ini etkilemesi, yeteri kadar detaylı, olabildi ince do ru ve güvenilir olmasını zorunlu kılmaktadır. Bu yönüyle zemin ara tırmalarının zorunlu olarak sa laması gereken artları, ilgili projede can ve mal güvenli i için gerekli ve/veya zorunlu artlar öncelikle belirlemektedir. Bir zemin etüdü yapı güvenli ini tehlikeye atacak kadar basit ve proje için gerekli zemin parametrelerinin tümünü eksiksiz vermeyecek kadar sınırlı yapılamayaca ı bilinmektedir. Di er yandan inceleme sırasında çalı anların, kom u yapıların ve halkın güvenli ini tehlikeye atacak artlarda gerçekle tirilmesine genellikle yerel kanun ve kurallar izin vermemektedir.

ekil 1.1. Zemin ara tırmaları kapsamı ile maliyet artı ili kisi (Coduto, 2001)

Birçok yönden karma ık olan zeminlerin ara tırılması, ölçüm yapılması ve tanımlanması zor, pahalı ve karma ık bir i tir. Standart, homojen ve kolay anla ılabilir olmayan zeminlerde, ölçüm yapılması ve tanımlanması zor oldu undan derin teorik bilgi yanında uzun tecrübeye dayanan uygulama bilgisini zorunlu kılan zemin ara tırmalarında olabildi ince çok, güvenilir ve tasarımcıların i ine yarayacak veriye ihtiyaç duyulmaktadır. Zemin incelemesiyle u ra an teknik elemanların, teorik ve tecrübeye dayalı bilgilerini, do ru sonuçlara gitmede kullanabilmeleri için yeterli sayıda ve gerekli do rulukta veriye ihtiyaçları bulunmaktadır. Fakat daha fazla bilgi ve veri elde edilmesi, daha fazla deney, daha fazla çalı ma ve daha fazla kaynak gerektirmektedir. Zeminlerin karma ık malzemeler olması, zemin incelemesi öncesi planlamada ihtiyaç olmadı ı öngörülen bir veriye, inceleme ya da tasarım çalı malarının bir a amasında ihtiyaç duyulabilmesi yada tersine, planlama a amasında ihtiyaç oldu u ya da olabilece i dü üncesiyle yapılmasına karar verilen bir çalı manın gereksizli i, inceleme yada tasarımın herhangi bir a amasında anla ılması gibi zorlukları beraberinde getirmektedir. Bu zorluklar ve her zemin inceleme çalı masında tüm deneylerin yapılmasının gereksizli i ve imkânsızlı ı, iyi bir planlama ile sadece gerekti i kadar detaylı, uygun büyüklükte ve gerekli tüm verileri eksiksiz sa layacak bir zemin incelemesinin yeterli ve gerekli oldu unu ortaya koymaktadır.

Olu umları ve de i imleri düzensiz oldu undan zeminlerde istenmeyen bir biçimde düzensiz bir yapıya sahiptirler. Bunun sonucu olarak zeminle ilgili inceleme ve ara tırma faaliyetleri zor ve sıkıcı i ler olmaktadır. Bu alanda zorluklar, geli melerin yava olmasını beraberinde getirmektedir. Geoteknik bilimi henüz kavram ve kurallarını tam yerle tirmi bir bilim dalı olamamı tır. Bunun en önemli nedenlerinden biri zeminin, aralarında moleküler ba lar bulunmayan üç fazın karı ımından (katı, sıvı ve gaz) meydana gelen heterojen bir malzeme olmasından ve bünyesel yapısının bir sonucu olarak zeminin gerilme-birim deformasyon ( - ) grafi inin zamandan önemli ölçüde etkilenmesinden kaynaklanmaktadır. Bunun bir sonucu olarak di er birçok malzemeye uygulanabilen basit reolojik modeller zeminde tatmin edici sonuçlar vermemektedir.

Zeminler elastik olmadıkları gibi elasto-plastik modellerede pek uyum göstermeyen jeolojik malzemelerdir. Bir ba ka anlatımla; killer ba ta olmak üzere birçok zemin türünde yenilme gerilmesinin tanımlanması dahi zordur. Bunun sonucu da zeminler en karma ık mekanik özellikler gösteren malzemeler olarak tanımlanırsa bu pekte abartılmı bir görü olmaz. Zemin davranı ının di er tüm malzemelerden farklı kırılma teorileriyle ve formüllerle açıklanmaya çalı ılması zeminin bu karma ık ve di er malzemelerden farklı davranı özelliklerine sahip olmasından kaynaklanmaktadır. Bazen çok karma ık ve farklı olabilen bu davranı özelli i farklı zemin çe idi ve artlarında çok farklı ara tırma ve inceleme yöntemleri kullanılmasını gerekli kılmaktadır (Önalp, 2002).

Tüm mühendislik hizmetlerinde geçerli olan, emniyetli-estetik-ekonomik olma kuralı zemin inceleme faaliyetleri için de geçerli olmaktadır. Bu kuralların hepsinin birlikte sa lana bilmesi için zemin inceleme faaliyetlerinin, bazı kurallar ve inceliklere uyularak bir plan dâhilinde gerçekle tirilmesi gerektirmektedir. Zemin etüdü i leri sonuçta ticari yönü oldu undan iyi planlanarak gereksiz maliyetlere girilmeden yürütülmesi gereken bir faaliyet olurken, mal ve can güvenli ini ilgilendirdi inden dolayı da yeterli titizli in gösterilmesi gereken bir faaliyettir.

Saha incelemelerinin nasıl yapılması gerekti i hakkında farklı görü ve öneriler bulunmaktadır. Yapı önemi dikkate alınarak saha incelemelerinin çe itli ekillerde yapılması gerekmektedir. Geoteknik ara tırmalar, hesaplamalar ve yapı kontrol i lemlerinin nitelik ve kapsamı için en az artları tesis etmek için can ve mal kaybı da dikkate alınarak, can ve fazla mal kaybının beklenmedi i önemsiz yapılar ile di er yapıları ayırt ederek yapılır.

Bu bakımdan yapılar üç sınıfa ayrılır;

Sınıf 1-Sadece küçük ve nispeten basit yapıları kapsar

Sınıf 2-Normal tehlike, alı ılmı zemin artları ve geleneksel yapı ve temelleri kapsar Sınıf 3–Sınıf 1 ve 2 ye dahil olmayan i leri kapsar. Ola an üstü tehlike, alı ılmı dı ı veya az rastlanır zemin ve yükleme artlarına sahip, çok büyük ve yüksek deprem tehlikesine sahip bölgelerdeki yapıları kapsar.

(Clayton vd., 1995) ne göre arazi inceleme de i ik yakla ımlarla yapılır;

1. Yakla ım (Büro çalı ması ve geoteknik danı manlık): Tatmin edici bir inceleme için yapılması gereken minimum i lerdir. Arazi hakkında teknik sorumlu (statiker in aat mühendisi) tarafından iyi bilgilendirilmi bir geoteknik uzmanı tarafından arazinin gezilmesidir.

Bu yakla ım rutin in aat i lerinin yapılaca ı, tekdüze zemin özelliklerinin bulundu u i ler için tatmin edici olacaktır. Özellikleri iyice belirlenmi zeminde hafriyattan sonra bilgilerin do rulu u ve anormalliklerin olup olmadı ının kontrolü için yapılan inceleme de bu yakla ımla yapılmaktadır.

2. Yakla ım (Standart zemin incelemesi): Ço u projeler için normal prosedürün izlendi i kapsamlı bir inceleme yapılması gerekti i yakla ımdır.

Bu yakla ımda yapılması gerekenler;

− Büro çalı ması ve arazi gezisi yapılır

− Önerilen projenin artları tam olarak ö renilir

− Zeminle ilgili imalatlar belirlenir (kazı, yarma, istinat duvarı vb.)

− Kar ıla ılması beklenilen zeminler için literatür taraması yapılır

− Yapılacak i lemler ve deneyler belirlenir

− ve i lemler planı hazırlanır ve uygulanır

− Elde edilen verilerin tutarlılı ı ve do rulu u incelenir

− Uygulanan i lem ve yöntemlerde hata ya da eksiklik görülürse gere i yapılır.

3. Yakla ım (Gözlem ile birlikte sınırlı inceleme): Bazı projelerde, maliyeti dü ürmek için ba langıçta sınırlı inceleme yapılarak in aat sırasında gerekti i kadar detaylı inceleme yapılması ve tasarım düzenlemesine gidilmesi mümkün olabilir.

Zeminin do al de i ikliklere sahip oldu u durumlarda geoteknik mühendisleri tasarım hesaplarında tahminden kaçınarak daha tedbirli davranabilirler. Böyle bir durumda kazı sonrası daha gerçekçi de erlere göre tasarımın revize edilmesi daha do ru ve ekonomik olabilmektedir.

4. Yakla ım (Peck tarafından geli tirilen dikkatlice planlanan bir yakla ımdır): Peck, zemin ve kayaların do al de i imlerinden kaynaklanan kaçınılmaz bilinmeyenlerle mücadelede kullanılacak yöntemleri üç grupta toplamı tır.

− Sınırlı inceleme yap ve tasarımda büyük güvenlik faktörü kullan

− Sınırlı inceleme yap ve tasarımda tecrübelerine uygun tahminlerde bulun

− Çok ayrıntılı inceleme yap

lk iki yöntemin önemli projelerde kullanılamayaca ı açıktır (Clayton vd., 1995).

Türkiye’de saha incelemelerinin; bina ve bina türü yapıların projelendirme safhasında gerekli olan zemin ve temel etütlerinin, uygun ve standart bir metotla yapılabilmesini sa lamak amacıyla Bayındırlık ve skân Bakanlı ı’nın 28.06.1993 tarihinde ve B09.0.YFK.0.00.00.00-6-5/373 sayı ile yayımladı ı "Zemin ve Temel Etüdü Raporunun Hazırlanmasına li kin Esaslar" genelgesi do rultusunda yapılması yasal zorunluluktur.

Bu genelgede u ifadeler bulunmaktadır; "Zemin ve Temel Etüdü Raporunun Hazırlanmasına li kin Esaslar" genelgesinde bildirilen hükümler, Zemin ve Temel Etüdü Raporu içeri ine yönelik asgari kurallar olmakla birlikte, raporu hazırlayanlar tarafından gerekli mesleki bilgiler ile ilgili standartlar ve güncel bilimsel çalı maların göz önünde bulundurulması zorunludur.

Amaca göre farklılıklar gösterebilecek in aat projeleri, jeolojik ko ulların de i ken olması, Zemin ve Temel Etüdü Raporu içeri inde bir takım farklılıkların olu masına neden olmakla birlikte, raporu hazırlayanlar tarafından burada belirtilen hükümlere uyulması gerekmektedir.

“Zemin ve Temel Etüdü Raporunun Hazırlanmasına li kin Esaslar” da belirtilen yapı ve zemin ko ullarının etüt kategorilerinden; 1. kategori için “Gözlemsel Zemin Etüt Raporu”; 2. ve 3. kategoriler için “Sondaja Dayalı Zemin ve Temel Etüt Raporu” düzenlenmesi gerekmektedir.

Bayındırlık ve skan Bakanlı ının yayımladı ı genelgede, zemin etüt raporlarının kategorilerine göre a a ıda verildi i ekilde yapılması belirtilmi tir;

A. Gözlemsel zemin etüdü raporu:

Bayındırlık ve skan Bakanlı ı’nın “Zemin ve Temel Etüdü Raporunun Hazırlanmasına li kin Esaslar” Kategori-1’de yer alan binalar için; imar planına esas jeolojik–jeoteknik rapordan inceleme alanı ve çevresine ili kin jeolojik bilgiler alınıp yapı parselinde muayene çukuru açtırılarak, mevcut ev aynalarının ve çevre yapılarının incelenmesi sonucunda “Gözlemsel Zemin Etüdü Raporu”

hazırlanacaktır.

B. Sondaja dayalı zemin ve temel etüdü raporu:

Bayındırlık ve skan Bakanlı ı’nın “Zemin ve Temel Etüdü Raporunun Hazırlanmasına li kin Esaslar” ba lıklı 93/94 belgesinde; Kategori 2 ve 3 e giren binalarda “Zemin ve Temel Etüdü Raporu”nun; sondaj çalı maları, arazi deneyleri ve alınan örselenmi ve/veya örselenmemi zemin ve karot örneklerinin laboratuvarda gerekli deneylere tabi tutulması sonucunda hazırlanması hükme ba lanmı tır.

Genelge gere i Türkiye’de ço u projelerde gerekli olan normal zemin etütleri sondajlı ve numune alarak yapılmak zorundadır. Fakat az bir oranda zemin etüdünün basit olarak icra edilmesi yolu açık bulunmaktadır.

Zemin etütlerinde gerçekle tirilen i ler standart olmayıp i in önem ve büyüklü üne göre de i iklik göstermektedir.

1.2.1. Ara tırma Çukurları

Yeraltının ara tırma çukurları ile incelenmesi, tahmin edilece i gibi yüzyıllar öncesine dayanmakla birlikte, sınırlı bir ara tırmanın yeterli görüldü ü durumunda günümüzde de tercih edilen bir yöntemdir. Fakat yapı boyutlarının daha derin zemin tabakalarını etkileyecek düzeye çıkması daha derin noktalarda ara tırma yapmayı mümkün kılan yöntemleri zorunlu hale getirmi tir. (Clayton vd., 1995).

Ara tırma çukurları ile saha incelemede yapılan en yaygın i lemler unlardır;

Saha gezilerek gözlemsel olarak incelenir. Proje inceleme a amasında edinilen bilgilerin ve sahanın ara tırma çukurlarıyla incelenmesi fikrinin do ru oldu u teyit edilir. Sahanın ekil ve büyüklü üne göre ara tırma çukurlarının sayıları netle tirilir ve yerleri belirlenir.

Projeye uygun boyutlarda ve yeterli derinlikte ara tırma çukuru kazılır ve zemin profili incelenir. Çukurun uygun derinliklerinden numune alınır. Numuneler incelenmek üzere laboratuvara gönderilerek gerekli deneyler yaptırılır.

Ara tırma çukurları zemin dayanımı, tabakalanması ve süreksizlikler hakkında bilgi edinmek için en önemli yoldur. Çok kaliteli blok numuneler ancak ara tırma çukurlarından elde edilebilirler (Clayton vd., 1995).

Ara tırma çukurları 3-4 metreye kadar pratik ve ekonomik olmaktadır. Daha derin ara tırma çukurları, ancak kendini tutabilen zeminlerde, yeterli güvenlik önlemlerinin alınmasıyla mümkündür. Ara tırma çukurlarının derinlikleri artırılarak ara tırmaya devam edilmesi bazı durumlarda uygun olabilir. Bu durumlarda geni delinmi aftlar açılarak zemin incelenmektedir. Bu yöntem özel durumlarda veya i gücünün çok ucuz oldu u, ekipman temini çok zor olan ülkelerde kullanılmaktadır.

1.2.2. Sondajlar

Yeraltının daha detaylı ve derin incelenmesi gerekti i durumlarda kuyu açılması gerekebilir. Derin kuyu açma i lemine sondaj denilmektedir. Yumu ak zeminlerde sondaj kuyusu açmada kullanılan ekipmanlarının uzun bir geçmi inin oldu u (Jensen, 1969) ve (Whyte, 1976) tarafından bildirilmi tir. Kuyu açılarak zeminin ara tırılması, günümüzde ba vurulan en yaygın yöntemdir. Yaygın olmasının birkaç nedeni bulunmaktadır. Zemin ara tırma amaçlarına büyük ölçüde hizmet edebildi inden, hızlı icra edilebildi inden, ekipmanı ve icrası i levine göre ucuz oldu undan (ekonomik) çok tercih edilmektedir. Di er yandan çok vasıflı i gücü gerektirmemesi nedeniyle de di er alternatiflere kar ı tercih edilmektedir.

Kuyu açma (kazma), normalde yüzeye yakın yerlerde bulunan yumu ak ve çimentosuz zeminlerde yapılır. Kullanılan teknikler dünya genelinde çok de i kendir. En çok kullanılan yöntemler burgu ile kuyu açma, yıkama ile kuyu açma ve ngiltere'de çok kullanılan hafif darbeli sondaj yöntemleridir (Clayton vd., 1995). Türkiye’de en yaygın kullanılan hafif darbeli sondaj yöntemdir.

Sondaj (delme) ise, geleneksel olarak, genelde derinlerde bulunan, daha sa lam ve çimentolu killer için kullanılır. Sondajda açılan delikler tipik olarak 75 ile 600 mm arasındadır (Clayton vd., 1995). Sondajlar 3m ile yaygın olarak 15m arasında yapılmaktadır ve bu derinlik incelemenin gereklerine göre artırılabilmektedir.

Sondaj yapılarak zemin profili çıkarılır. Sondaj sırasında zeminden numune alınarak deneye tabii tutularak zeminin özellikleri belirlenir. Sert zeminlerden numune alma i lemi karotiyerlerle yapılır. Yumu ak zeminlerde ise çok de i ik tipi ve boyutu olan tüplerle (numune alıcı) ile numune alınmaktadır. Sondaj deli inde bazı deneyler yapılarak zeminin bazı özellikleri de yerinde belirlenebilmektedir.

Sondaj sırasında kar ıla ılan artlar, kuyu logu olarak anılan özel formatta düzenlenmi form eklinde hazırlanır. Bu loglarda derinlikler, geçilen birimler, yer altı su seviyesi, numune alınan noktalar ve uygulanan deneylerin sonuçları belirtilir.

1.3. Numune Alma

Zeminin fiziksel ve kayma dayanımı parametrelerinin laboratuvar ortamında belirlenebilmesi için zeminden malzeme alınmasına numune alma denilmektedir.

Laboratuvar deneyleri sonucunda belirlenen parametreler, fizibilite, de erlendirme, hesap ve projelere veri te kil etmektedir. Bu nedenle zemin parametrelerinin olabildi ince do ru tespit edilmesi ve do ruluk düzeyinin bilinmesi gerekmektedir.

Fakat ço unlukla numunenin geçmi i ve mevcut olumsuzlukları bilinmedi inden elde edilen verilerin do ruluk düzeyi tam olarak tespit edilememektedir. Özellikle

kuyulardan numune alma i lemi izlenemedi inden numunenin maruz kaldı ı olumsuzluklar bilinmemektedir.

Laboratuvar deney sonuçları numunenin sahip oldu u özelliklerden büyük ölçüde etkilenmektedir. Bu yüzden numunelerin mümkün oldu unca uygun özelliklerde alınması gerekmektedir. Fakat bazı durumlarda elde edilen numuneler istenen özelliklere sahip olmayabilmekte ya da daha sonra özellikleri bozulabilmektedir.

artlardan dolayı numune, istenen özelliklerde (uygun yöntemle, uygun boyut ve ekilde) alınamayabilmektedir.

Laboratuvar deney sonuçları, numune özelliklerinden çok etkilenmektedir. Öyle ki laboratuvar deney sonuçları en fazla numune kalitesi kadar do ru ve güvenilir olabilmektedir. Numune kalitesi, numune alma sırasında ya da deney sırasında bozulabilmektedir. Numune kalitesini etkileyen faktörler u ekilde sıralanabilmektedir.

Numune boyutu: Numune boyutlarının zeminin yapısını temsil edecek boyutlarda olması gerekmektedir. Özellikle dane boyutunu dikkate alarak yeteri kadar büyük boyutlarda numune alınması gerekmektedir. Numune küçük boyutunun en az, en büyük dane çapının 5-10 katı olması gerekmektedir. Numune boyutunun önemli bir etkisi, arazide ya da laboratuvarda ölçülen drenajsız kayma dayanımının de i mesidir. Numune boyutunun kayma dayanımı üzerine etkileri hakkında, (Bishop ve Little, 1967) ve (Agarwal, 1968) Londra kilinde yapılan çalı malarını rapor etmi tir.

Zemin cinsi: Kohezyonlu zeminlerden bozulmamı numune alınabilirken, kohezyonsuz zeminlerden ya da süreksizlik içeren zeminlerden kaliteli numune elde etmek zor ya da imkânsız olmaktadır.

Büyük daneler içeren zeminlerden, zemin yapısını temsil edecek büyüklükte numune almak çok zor ve pahalı oldu undan bu tür zeminlerden alınan standart boyutlu numuneler zemin yapısını temsil etmekten uzak, standart laboratuvar deneylerine

uygun olmayan numuneler olmaktadır. Dolayısıyla alınan numunelerden do ru olmayan veriler elde edilmektedir.

Zemin numunelerin içerdikleri su, numune kalitesini etkilemektedir. Fazla bo luk oranı ya da içeri indeki danelerden dolayı yüksek su muhtevası içeren zeminler numune alma sırasında ya da deney sırasında bozulabilmektedir. Likit limite yakın su muhtevası içeren kohezyonlu zeminler deneyden önce büyük deformasyonlara u ramaktadır hatta mekanik i lem gerektiren deneylerin yapılmayaca ı kadar yumu ak olabilmektedir.

Zeminin yapısı: Zemin yapısı, numunenin birço u özelli ini etkiledi i gibi geçirgenli ini de etkilemektedir. Geçirgenlik ve konsolidasyon hızını etkileyen zemin yapısının laboratuvar deney sonuçlarına etkisi (Rowe, 1968) tarafından incelenmi tir. Kum drenlerinin yerle tirilme gere inin de erlendirilmesinde geleneksel 76 mm çaplı ve 19 mm yüksekli indeki ödometre deneylerinden, 250 mm çaplı ve 125 mm yüksekli indeki konsolidasyon deneylerinden, arazideki geçirgenlik deneylerinden ve arazi kayıtlarından elde edilen konsolidasyon katsayısı (c_v) de erlerini göz önünde bulundurmu tur. Ara tırmada a a ıdaki sonuçları elde etmi tir:

− 76 mm'lik ödometre deneylerinin verdi i konsolidasyon katsayıları, tekdüze killer hariç, yanlı tır. Böyle malzemeler de çok ender bulunur.

− Laboratuvardaki deney yönünün arazidekine uygun olması ko uluyla, 250 mm çapında ve 125 mm kalınlı ındaki numuneler ço u yapıyı temsil etmek için yeterli büyüklüktedir.

− Sıkı abilirlik katsayısı (m_v) ço u yumu ak zeminler için numune boyutuna çok ba lı olmadı ından cv, arazideki sabit seviyeli deneylerden bulunan geçirgenlik de erleri ile birle tirilen küçük laboratuvar deneylerinden (m_v için), makul bir do ruluk derecesinde hesaplanabilir.

1.3.1. Zemin örselenmesi

Zemin mekani i tasarımlarında kullanılacak deney sonuçlarının güvenilirli i, numune kalitesi ve deney kalitesine ba lıdır. Numune kalitesi zeminin özelliklerinden etkilendi i gibi numune alma yöntem ve ekipmanından da büyük ölçüde etkilenmektedir. Numune kalitesini etkileyen en önemli faktör ise numune örselenmesi olmaktadır.

Zemin örselenmesi kazı veya sondaj, numune alma, muhafaza, ta ıma ve deneye hazırlama sırasında gerçekle ebilmektedir. Numune alma sırasında gerilme artları de i ti inden, numune muhafaza, ta ıma veya deneye hazırlama sırasında mekanik etkilere maruz kalarak örselenebilmektedir. Arazi artlarında üç boyutlu gerilmelere maruz olan numune, tüpte tek do rultuda serbest kalmakta, tüpten çıkarıldı ında gerilmeler tamamen ortadan kalkmaktadır. Bu etkiler dı ında numune, numune alma sırasında ya da uygun ko ullarda muhafaza edilememesi nedeniyle, fiziksel ve kimyasal yapısında olu an de i imlerle de örselenebilmektedir. Numune alma sırasında sondaj suyundan etkilenen numune, açık ortamlarda da su kaybederek örselenebilmektedir. (Clayton vd., 1995) zemin örselenmesinin ana nedenlerinin Tablo 1.1’de ki gibi oldu unu bildirmi tir.

Tablo 1.1. Zemin örselenmesinin ana nedenleri (Clayton vd., 1995)

Numune almadan önce Numune alma sırasında Numune almadan sonra Gerilme rahatlaması Gerilme rahatlaması Gerilme rahatlaması

i me Yo rulma Numune içinde su göçü

Kompaksiyon Yer de i tirme Nem kaybı

Yer de i tirme Parçalanma Donma

Taban kabarması Kesici uçta ta lar A ırı ısınma Borulanma Karı ma veya ayrılma Titre im

Yıkılma (caving) Numune alamama Kimyasal de i imler

Çıkarma sırasında örselenme